계측응답에 대한 모드분해법은 대부분 물리공간에서 정의되고, 모드형상을 이용하여 일반화모드응답을 구하는데 적용된다. 구조물이 가지는 비고전 감쇠에 대한 기존 모드분해법의 한계를 극복하고 단조성을 가지는 모드형상의 분해가능성을 높이기 위하여 상태공간 모드분해법이 최근 시도되고 있다. 본 연구에서는 물리공간에서 정의되었던 모드분해법을 상태공간 모드분해법으로 확장하는 새로운 기법을 제시하고, 이들이 가지는 모드분해 특성과 분해성능을 고찰하였다. 또한 기존 물리공간에서 정의되었던 FDD, BSS 모드분해법을 상태공간 모드분해법으로 확장하는 기법을 제시하였다. 상태공간에서의 모드 확장성을 위하여 구조물의 계측 가속도를 상태변수로 변환하고 이들로 구성된 상태공간을 구성하는 방법도 고찰하였다. 상태공간으로의 확장성과 분해성능을 수치해석을 통하여 검증하였으며, 그 결과 상태공간 모드분해법이 물리공간 모드분해법에 비하여 분해성능이 우수하며, 이론적으로 정의된 상태공간 모드형상과 유사하게 모드형상을 제공하는 것으로 나타났다.